用于高精度调控精密仪器环境温度且防尘防湿的装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于高精度调控精密仪器环境温度且防尘防湿的装置，所述装置包括双通道PID温度控制器、控温电路、测温模块、和密封环境箱、传温风扇、半导体热电模块TEC、散热片、过滤网、预留窗口和仪器底座。本装置通过测温模块取得密封环境箱内的温度，由PID温度控制器控制控温电路使半导体热电模块TEC工作于制冷或加热模式，从而精确调控密封环境箱的温度。由于该装置与外界只有热量交换而无物质交换，因此可对激光器或其它温度敏感的精密仪器提供长期稳定的温度、湿度和无尘环境。本发明专利技术提出的控温装置结构紧凑、性能稳定、功耗低，且温控精度高，能提高精密仪器性能的稳定性和测量精度及使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
用于高精度调控精密仪器环境温度且防尘防湿的装置
本专利技术属于精密仪器环境温度调控领域，具体涉及一种用于高精度调控精密仪器环境温度且防尘防湿的装置。
技术介绍
由于激光器的工作环境温度会影响输出激光的光谱稳定性，在温度不稳定的环境里，环境温度的变化会干扰激光器工作，环境温度的变化会引起激光波长和功率的漂移，进而影响激光的使用。在进行激光泵浦时，激光波长的漂移会影响原子、分子对入射光的吸收几率，功率漂移会影响泵浦的效率。此外，环境温度的变化还会影响激光器系统中光学元器件的工作状态，例如光栅的参数会因温度变化而变化，从而影响系统稳定性。因此，在实际应用中，对激光器的环境温度进行高精度控制，使其工作在相对稳定的温度下，提高输出激光的稳定性和品质是很有必要的。现有激光器或其它精密仪器的环境温控和防尘防湿通常依赖于实验室环境，如加装专业中央空调的洁净间。这种解决方式一方面耗时长、成本高并且功耗高，为极少数需要精密温控的核心设备而温控整个空间；另一方面，在野外和外场作业时，这种解决方案显然不现实。专利(CN105094173B)公开了一种半导体激光器温度控制系统及其控制方法，其中提出一种包含温度采样电路、显示模块、报警模块等的半导体激光器的温度控制系统，并采用双PID串联控制算法实现温度自动控制；专利(CN103094818A)公开了一种准分子激光器的温度控制方法和系统，其中提出一种用于控制准分子激光器温度的方法和系统，该系统通过热交换系统、水冷系统、控制器等使用神经网络的方法达到温度控制的目的。上述两种系统组成成分多，实现周期长，并且采用的数据处理方法复杂，并且都只能对激光器进行调温，而无法对激光器的环境温度进行温度控制。为确保激光器这类温度敏感器件的环境温度稳定性，现有技术大多采用将整个空间做成恒温恒湿实验室的方式，然而其存在下述缺陷：第一，成本高，浪费严重，由于整个系统中，对温度敏感的核心器件通常只占系统器件中的很少一部分；第二，系统庞大且安装麻烦，在很多情形下这样的解决方案并不方便，如外场、野外作业或战场军事用途；第三，该类解决方案一般需使用常规空压机空调，这样无法避免温控空间与外界的物质交换，从而防尘除湿成为问题，若将精密仪器所在环境做成洁净间则成本更高，且温度控制实现困难，精度有限；第四，该类解决方案能耗很高。又例如电脑CPU、功放这类仪器，使用时由于芯片尺寸限制或者工作电流大的原因，发热严重，目前在使用的方法为使用机械风扇使空气对流带走热量，这种冷却方式：首先，与外界大量的物质交换导致集尘和湿度问题，影响器件的性能和使用寿命以及用户体验；其次，这种方式不能提供一种稳定的工作环境，环境温度高则机箱温度高，环境湿度高则机箱湿度高，几乎没有温度控制精度可言。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术针对现有技术中的上述不足提出一种用于高精度调控精密仪器环境温度且防尘防湿的装置，该装置造价低，系统结构简单、不与外界产生物质交换、且该装置既能实现制冷又能实现制热从而可以实现精确温控。本专利技术具体采用如下技术方案：一种用于高精度调控精密仪器环境温度且防尘防湿的装置包括双通道PID控制器、控温电路、测温模块、精密仪器、密封环境箱、传温风扇、半导体热电模块TEC、散热片、过滤网、预留窗口和仪器底座；其连接关系是：PID控制器连接控温电路和测温模块，测温模块、放置于仪器底座上的精密仪器、过滤网均放置于密封环境箱中，半导体热电模块TEC放置于两个散热片中间，密封环境箱内外各有一个传温风扇，预留窗口用于密封环境箱内部环境与外部环境的光传输，安装时采用密封胶密封，以确保密封环境箱的密封性；精密仪器通过仪器底座固定在密封环境箱的内部底面板上；所述的测温模块的测量端安装在密封环境箱的中心位置；整个密封环境箱密封从而与外界仅通过半导体热电模块TEC进行热量交换，而无物质交换；该装置工作过程为：双通道PID控制器通过测温模块取得密封环境箱内的温度，经过运算后由双通道PID控制器控制控温电路的通断进而控制半导体热电模块TEC的工作模式，从而完成对环境箱温度的控制。进一步，该高精度调控精密仪器环境温度且防尘防湿的装置，所述的工作模式应包含加热模式及制冷模式两种工作模式。①当双通道PID控制器加热输出、制冷不输出时，其加热输出正极端与负极端产生一个电压差，程控开关A、程控开关B随之处于导通状态，直流电源的正极输出与地加载到半导体热电模块TEC的Y1、Y2两端，制热回路启动，半导体热电模块TEC处于制热状态；②当双通道PID控制器制冷输出、制热不输出时，制热输出为零，反相器产生一个正向电压的输出信号，程控开关C导通，进而程控开关D、程控开关E处于导通状态，半导体热电模块TEC的Y1、Y2两端得到直流电源的反向加载电压，制冷回路启动，半导体热电模块TEC处于制冷状；③当双通道PID控制器制冷、制热的控制信号同时输出时，加热输出信号经过反相器后，程控开关C的控制信号为零，从而制冷回路处于断开状态，仅启动制热回路，半导体热电模块TEC处于制热状态，以避免温控电路出现短路。进一步，用于高精度调控精密仪器环境温度且防尘防湿的装置，所述的控温电路包括直流电源、程控开关A、程控开关B、程控开关C、程控开关D、程控开关E(2-6)和反相器。进一步，用于高精度调控精密仪器环境温度且防尘防湿的装置，所述的程控开关A、程控开关B、程控开关C、程控开关D、程控开关E可采用固态继电器、线圈式继电器或接触器中任意一种。进一步，用于高精度调控精密仪器环境温度且防尘防湿的装置，当各程控开关选用固态继电器且双通道PID控制器的通道I控制加热输出时，所述的密封环境箱的各组成部件连接关系为：所述的PID温度控制器的加热输出的正极端用导线分别与程控开关A的A2端、程控开关B的A2端、反相器的输入正极端连接，PID温度控制器的加热输出的负极端与程控开关A的A1端、程控开关B的A1端、反相器的输入负极端连接；程控开关A的T端用导线与直流电源的输出正极端连接，程控开关A的L端与半导体热电模块TEC的输入端Y1连接；程控开关B的T端用导线与直流电源的输出地端连接；程控开关B的L端与半导体热电模块TEC的输入端Y2连接；进一步，用于高精度调控精密仪器环境温度且防尘防湿的装置，，当各程控开关选用固态继电器且双通道PID控制器的通道II控制制冷输出时，所述的密封环境箱的各组成部件连接关系为：PID温度控制器的冷却输出的正极端连接程控开关C的T端，程控开关C的L端用导线分别与程控开关D、程控开关E的A2端相连，PID温度控制器的冷却输出的负极端分别与程控开关D、程控开关E的A1端连接；反相器的输出正、负端用导线分别与程控开关C的A2端、A1端连接；程控开关D的T端与直流电源的输出正极端连接，程控开关D的L端与半导体热电模块TEC的输入端Y2连接；程控开关E的T端与直流电源的输出负极端连接，程控开关E的L端与半导体热电模块TEC的输入端Y1连接；进一步，用于高精度调控精密仪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高精度调控精密仪器环境温度且防尘防湿的装置，其特征在于，所述的装置包括双通道PID控制器(1)、控温电路(2)、测温模块(3)、精密仪器(4)、密封环境箱(5)、传温风扇(6)、半导体热电模块TEC(7)、散热片(8)、过滤网(9)、预留窗口(10)和仪器底座(11)；其连接关系是：PID控制器(1)连接控温电路(2)和测温模块(3)，测温模块(3)、放置于仪器底座(11)上的精密仪器(4)、过滤网(9)均放置于密封环境箱(5)中，半导体热电模块TEC(7)放置于两个散热片(8)中间，密封环境箱内外各有一个传温风扇(6)，预留窗口(10)用于密封环境箱(5)内部环境与外部环境的光传输，安装时采用密封胶密封，以确保密封环境箱的密封性；精密仪器通过仪器底座固定在密封环境箱(5)的内部底面板上；所述的测温模块(3)的测量端安装在密封环境箱(5)的中心位置；整个密封环境箱(5)密封从而与外界仅通过半导体热电模块TEC进行热量交换，而无物质交换；该装置工作过程为：双通道PID控制器(1)通过测温模块(3)取得密闭环境箱(5)内的温度，经过运算后由双通道PID控制器(1)控制控温电路(2)的通断进而控制半导体热电模块TEC(7)的工作模式，从而完成对密封环境箱温度的控制。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于高精度调控精密仪器环境温度且防尘防湿的装置，其特征在于，所述的装置包括双通道PID控制器(1)、控温电路(2)、测温模块(3)、精密仪器(4)、密封环境箱(5)、传温风扇(6)、半导体热电模块TEC(7)、散热片(8)、过滤网(9)、预留窗口(10)和仪器底座(11)；其连接关系是：PID控制器(1)连接控温电路(2)和测温模块(3)，测温模块(3)、放置于仪器底座(11)上的精密仪器(4)、过滤网(9)均放置于密封环境箱(5)中，半导体热电模块TEC(7)放置于两个散热片(8)中间，密封环境箱内外各有一个传温风扇(6)，预留窗口(10)用于密封环境箱(5)内部环境与外部环境的光传输，安装时采用密封胶密封，以确保密封环境箱的密封性；精密仪器通过仪器底座固定在密封环境箱(5)的内部底面板上；所述的测温模块(3)的测量端安装在密封环境箱(5)的中心位置；整个密封环境箱(5)密封从而与外界仅通过半导体热电模块TEC进行热量交换，而无物质交换；该装置工作过程为：双通道PID控制器(1)通过测温模块(3)取得密闭环境箱(5)内的温度，经过运算后由双通道PID控制器(1)控制控温电路(2)的通断进而控制半导体热电模块TEC(7)的工作模式，从而完成对密封环境箱温度的控制。


2.如权利要求1所述的用于高精度调控精密仪器环境温度且防尘防湿的装置，其特征在于，所述的工作模式应包含加热模式及制冷模式两种工作模式：
①当双通道PID控制器加热输出、制冷不输出时，其加热输出正极端与负极端产生一个电压差，程控开关A(2-2)、程控开关B(2-3)随之处于导通状态，直流电源的正极输出与地加载到半导体热电模块TEC(7)的Y1、Y2两端，制热回路启动，半导体热电模块TEC(7)处于制热状态；
②当双通道PID控制器制冷输出、制热不输出时，制热输出为零，反相器产生一个正向电压的输出信号，程控开关C(2-4)导通，进而程控开关D(2-5)、程控开关E(2-6)处于导通状态，半导体热电模块TEC(7)的Y1、Y2两端得到直流电源的反向加载电压，制冷回路启动，半导体热电模块TEC(7)处于制冷状；
③当双通道PID控制器制冷、制热的控制信号同时输出时，加热输出信号经过反相器后，程控开关C(2-4)的控制信号为零，从而制冷回路处于断开状态，仅启动制热回路，半导体热电模块TEC(7)处于制热状态，以避免温控电路出现短路。


3.如权利要求1所述的用于高精度调控精密仪器环境温度且防尘防湿的装置，其特征在于，所述的控温电路(2)包括直流电源(2-1)、程控开关A(2-2)、程控开关B(2-3)、程控开关C(2-4)、程控开关D(2-5)、程控开关E(2-6)和反相器(2-7)。


4.如权利要求3所述的用于高精度调控精密仪器环境温度且防尘防湿的装置，其特征在于，所述的程控开关A(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫海洋，庞蓓蓓，陈思宇，王宗悦，吴柯岩，彭梅，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院核物理与化学研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51